PM2.5颗粒物对心脏自律性的影响及其机制研究

A large number of epidemiological surveys show that the adverse effect of PM2.5 on cardiovascular system is complex and severe and PM2.5 is an important promoter for the cardiovascular diseases induced by atmospheric pollution. The automaticity of heart is a fundamental physiological function in our heart and its dysfunction will aggravate or induce various cardiovascular diseases. However, the effects of PM2.5 on automaticity of heart are still unclear. Here, we try to collect the PM2.5 sample from Guangzhou and Taiyuan to investigate the relationship between PM2.5 (different components, different sources) and the automaticity of heart (extracardiac system, intrinsic system) from an acute and long-term exposure by building up a research platform with KM mouse and embryonic stem cells derived sinoatrial node cells. On that basis, we will explore the detailed mechanisms of how PM2.5 affects the automaticity of heart from oxidative stress, inflammatory response, DNA damage, pathological features and electrophysiological properties. Our project will not only accurately estimate the risk of PM2.5 on cardiovascular system but also offer a scientific basis for future prevent and therapy of PM2.5 related diseases.

大量流行病学调查研究表明PM2.5颗粒物对心血管系统有着复杂而重要的影响，是大气污染引发心血管疾病的重要启动因子。心脏的自律性是心脏最根本的生理功能，心脏自律性的异常会加剧或引发多种心血管疾病。然而，PM2.5颗粒物对心脏自律性这一重要生理功能的影响仍有待评估。因此，本课题采集广州、太原两地的PM2.5颗粒物，借助由KM小鼠和胚胎干细胞诱导的类窦房结细胞搭建的心脏自律性内外控制系统分析平台，阐明在急性应激和长期应激中，不同来源和组成成分的PM2.5颗粒物和心脏自律性内外控制系统的暴露-效应关系。在此基础上，从氧化应激、炎症反应、基因损伤、病理特征及电生理特性等相关层面着手，全面探究PM2.5颗粒物影响心脏自律性的机制。本课题将为全面评价PM2.5颗粒物的心脏内外自律系统风险提供清晰、准确的科学信息，并为PM2.5颗粒物相关疾病的预防和治疗靶点选择奠定理论基础。

多领域的研究结果表明PM2.5暴露和心血管疾病的发生和发展有着密切的联系。然而，PM2.5颗粒物对心脏自律性这一重要生理功能的影响和潜在机制仍然未知。围绕这一科学问题，本项目开展了PM2.5污染-暴露-损伤机制-预防预警”的全链条研究，取得如下研究成果：1）分析了广州市、太原市和上海市PM2.5的污染特征，构建PM2.5相关的新型污染物的检测分析方法，比较了广州市和太原市PM2.5的主要成分差异；2）建立了高效测定陆生生物组织中典型OPFRs的超声辅助萃取-无乙二胺-N-丙基硅烷（PSA）柱净化-气相色谱质谱分析方法，以C57BL/6小鼠为模式生物，探究PM2.5相关的OPFRs在小鼠各组织中的积累分布及代谢特征，结果发现检测到的6种OPFRs在组织中的积累总浓度跟暴露浓度正先关，浓度由高到低依次为肠>心>胃>肾脏>脾>脑>肝脏>肺>肌肉；3）借助由动物（小鼠，斑马鱼）和心肌细胞（乳鼠心肌细胞，胚胎干细胞诱导的类窦房结细胞）搭建的心血管损伤系统分析平台，揭示了PM2.5及其关键组分能够通过诱发氧化应激、减少牛磺酸摄入量、干扰辅酶A合成、诱导线粒体凋亡和能量代谢紊乱等途径造成心脏损伤和心率异常；4）结合已有研究成果，开发了预防和/或修复大气污染导致的心脏损伤的联合用药物，并开展了基于真实环境暴露下的双盲对照实验，此外，联合广州市疾控中心，构建了广州市大气健康风险评估预警系统，该系统能够准确评估居民的空气污染相关心血管疾病风险，对中高风险人群开展追踪和预警。. 基于本项目内容，发表第一标注科技论文8篇，其中SCI论文7篇；申请专利1项；参与课题内容相关会议5次，口头汇报3次；培养研究生6名。项目成果将为全面评价PM2.5颗粒物的心脏内外自律系统风险提供清晰、准确的科学信息，并为PM2.5颗粒物相关心血管疾病的预防和治疗靶点选择奠定理论和应用基础。